Ještě jednou o koncentraci energie

27. 3. 2010 / John Michael Greer

Zatímco se děly tyto věci, moje četba v posledních dnech zahrnovala magisterskou práci Donalda Kagana nazvanou O původu války (On The Origins Of War), která je anatomií toho, co se zpravidla stává, když se upadající impérium žárlivě střežící svá privilegia srazí s nastupující mocností netrpělivě usilující o své místo na slunci. (Název Kaganovy knihy napovídá, jaké jsou obvyklé důsledky, pokud to někdo potřebuje.) Pomalé směřování ke konfliktu mezi Spojenými státy a Čínou má v sobě veškerou makabrózní fascinaci blížícím se vlakovým neštěstím; je nepříjemně snadné nalézt historické paralely, vidět, jak několik málo dalších chybných kroků, jichž se každá ze stran, zdá se, nemůže dočkat, dokáže posunout oba státy do pozice, kde to nejmenší, co může každá strana ještě akceptovat, je už větší než to největší, co může kdokoliv získat. Bod vznícení, pokud k němu dojde, patrně bude ležet v určité vzdálenosti od hranic obou států; podívejte se na ty části světa, kde čínské zahraniční investice sousedí s dlouhodobými americkými zájmy, a není těžké si představit, jak a kde se může odehrát výsledný boj.

Obamova administrativa se mezitím rozhodla vrátit v nadcházejících volbách Kongres Republikánům. Nemohu vymyslet jiný popis Obamovy fixace na protlačení zákona o zdravotním pojištění, který je nejen vysoce nepopulární, ale jde také o jeden z nejabsurdnějších legislativních kroků nedávné minulosti. Jak jinak popsat pokus vyrovnat se s faktem, že polovina Američanů si nemůže dovolit zdravotní pojištění, požadavkem, aby za něj stejně zaplatili pod hrozbou zákonné sankce? Tento zákon slibuje ročně vytáhnout z kapes amerických rodin desítky miliard dolarů - během nejhorší ekonomické krize od 30. let - ve prospěch zdravotních pojišťoven, které se již nyní řadí mezi nejchamtivější a nejzkorumpovanější instituce amerického veřejného života. Mohli byste si myslet, že strana, která se již dvakrát dostala k moci na vlně protestu, bude mít více rozumu, než aby přijala nejnepopulárnější politiku strany, kterou o moc připravila, a pak ještě vyplýtvala zbývající politický kapitál na katastrofálně nevhodné pojetí reformy zdravotnictví. Přesto to Clinton udělal, a Obama jeho omyl opakuje; protože úřaduje uprostřed ekonomického debaklu velkého rozsahu, je dost nepravděpodobné, že by se vykroutil z důsledků stejně obratně jako jeho předchůdce.

Ti z mých čtenářů, kteří žijí v Americe, možná uvažují o nátlaku na volené zástupce, aby jednu nebo obě z těchto vznikajících katastrof zastavili. Ti z mých čtenářů, kteří žijí kdekoliv jinde, možná uvažují o tom, že v úkrytu vyčkají, až ten mumraj přejde; nebudeme-li mít mimořádně velké štěstí, první nárazy patrně přijdou zanedlouho. Přesto tyto radostné úvahy nejsou tématem tohoto eseje. Ne, tématem je nahládnout hlouběji do předmětu, který byl středem zájmu několika posledních esejů, tedy ožehavch vztahů mezi termodynamikou, energetickými zdroji a ekonomikou v éře úpadku.

Jsem si celkem jistý, že někteří z mých čtenářů by dali přednost hovoru o něčem bezprostředně aktuálnějším. Avšak zásadní témata toho druhu, jimiž se chci nyní zabývat, mají bezprostřední praktické důsledky. Například ekonomický debakl tvořící jednu z hlavních sil posunujících Ameriku a Čínu k ozbrojenému konfliktu, jenž neprospěje ani jedné ze stran, nevznikl pouhou náhodou; stal se nevyhnutelným, jakmile politické třídy průmyslového světa přijaly určité zoufale falešné myšlenky ohledně ekonomiky a přesvědčily samy sebe, že peníze jsou zdrojem bohatství spíše než jeho pouhým měřítkem. Desetiletí špatné politiky, která povzbuzovala k vydělávání peněz na úkor produkce reálného bohatství, vyplývají z těchto myšlenek. Výsledkem byla transformace ohromného množství papírového "bohatství" - tedy toho či onoho druhu peněz - v určitý zhoubný ekvivalent třpytivého prášku z dětské pohádky; a vedlejší produkty zahrnovaly ekonomické stresy toho druhu, jaké tak často posouvají mezinárodní konflikty za bod, z nějž už není návratu.

Jsem přesvědčen, že jistá široce rozšířená nedorozumění ohledně toho, jak je energetika spojena s ekonomikou, obdobně způsobují, že velká část investic do alternativní energie směřuje do projektů, jež nám ve skutečnosti při vyrovnávání se s koncem věku levných fosilních paliv poskytnou velmi malou pomoc, zatímco varianty, které mohou velmi napomoci - a pár takových existuje - chřadnou kvůli nedostatku prostředků. To bylo tématem minulého příspěvku; reakce na něj byla jedna z nejsilnějších, jakou kdy tyto eseje vyvolaly, a pomohla mi ujasnit si rozdíly mezi tím, jak určité druhy energie lze využít v praxi, a dnes převládajícími představami o jejich možném využití.

Totéž poučení lze odvodit z dějin. Solární energie, nejšířeji dostupný alternativní zdroj energie, není vůbec nová. Život na Zemi ji využíval po nějaké dvě miliardy let, od té doby, co první jednobuněční prokaryonti objevili fotosyntézu. Lidé byli na značce o něco později, neboť jsme se museli teprve vyvinout, ale pasivní solární vytápění se široce používalo již v antickém Řecku a imperiální Číně; průmyslové využití solární energie na Západě sahá zpět do středověku, kde se podnikaví alchymisté naučili používat vypouklá zrcadla k soustředění tepla na skleněné baňky; první účinný solární tepelný motor se dočkal zkušebního provozu v roce 1874. Jeden z proponentů solární energie, který komentoval můj poslední příspěvek, tvrdil, že létání se rozvinulo od prvních neumělých letounů až k překročení rychlosti zvuku během šedesáti let, a tak lze očekávat, že solární energie učiní podobný skok; zřejmě mu nebylo známo, že solární energie se zkoušela celá desetiletí před prvními letouny, ale k očekávanému technologickému skoku přesto nikdy nedošlo.

Přinejmenším nikdy nedošlo ke skoku, jaký autor komentáře očekával. Solární energie byla velice úspěšná v širokém spektru praktických aplikací. Solární boilery, hlavní téma předchozího příspěvku, byly v americkém Slunečním pásu široce využívány více jak půl století, dokud je v 50. letech nevytlačily levné elektrické a plynové ohřívače. Pasivní solární vytápění domácností se osvědčilo v řadě aplikací, stejně jako mnoho jiných technologií využívajících solární energii jako zdroj malého množství tepla. Vzhledem k tomu, že více než polovina energie používané dnes Američany v domácnostech nabývá nakonec podoby malého množství tepla, nejde o drobnost, a přivádí to naši pozornost k řadě solárních technologií, jež mohou být uvedeny do provozu právě teď, aby omezily dopad ropného zlomu a zahájily tvrdý, ale nezbytný přechod k deindustriálnímu věku.

Ale je přinejmenším stejně důležité věnovat pozornost také tomu, co nefungovalo. Přístup, který vede k budování dnešních rozsáhlých solárních elektráren - zrcadel soustřeďujících sluneční záření na trubky naplněné tekutinou, která se mění v páru a otáčí rotorem turbíny, jež zase pohání generátor - představuje v zásadě obdobu úplně prvních zařízení zkoušených průkopníky solární energie v 19. století. Posledně jsme již probírali skutečnost, že tyto motory fungovaly jakžtakž přijatelně; to znamená, že takto můžete získat velmi, velmi mírné množství elektřiny ze slunečního záření, se spoustou složitého a drahého vybavení. Proto zatímco solární boilery se počátkem 20. století rozšířily na střechy domů tří kontinentů, solární tepelné motory se nedostaly nikam; návratnost investic - měřená v penězích nebo v energii - jednoduše tyto náklady neospravedlňovala.

Samozřejmě, že jsme znatelně vylepšili účinnost některých procesů, jichž tyto rané solární motory využívaly. Přesto velmi mnoho základních limitů, jimž čelili solární průkopníci 19. a počátku 20. století, není předmětem technologického vylepšování, protože se odvíjejí od hlavního rozlišení zdůrazněného v posledním příspěvku - rozlišení mezi rozptýlenou a koncentrovanou energií.

Toto rozlišení, nebo spíše jazyk, který jsem použil, se staly bodem, do nějž se opřelo mnoho vědecky vzdělaných čtenářů. Někteří trvali na tom, že pojem "exergie", který jsem použil pro kapacitu energie v daném systému vykonat nějakou práci, znamená něco jiného - ačkoliv je dost podivné, že jiní, kteří se zdáli mít stejně solidní vědecké zázemí, trvali na tom, že jsem pojmu použil správně. A ještě jiní trvali na tom, že příliš generalizuji, nebo používám nedbalou terminologii, či jednoduše terminologii špatnou.

Jsem připraven čelit tvrzení, že mé užití vědecké terminologie je nepřesné. Nejsem fyzik, a ani si na něj nehraji v televizi; vystudoval jsem historii a humanitní vedy, a má znalost vědy, s několika výjinmkami (většinou z oblasti ekologie nebo botaniky) pochází z knih napsaných inteligentními laiky. Přesto existuje rozdíl mezi nesprávně použitým pojmem a nepřesným pojetím, a dvě věci mě zde vedou k tomu, abych si myslel, že ať už zde došlo či nedošlo k tomu prvnímu, toho druhého jsem se nedopustil. První věcí jsou dějiny alternativních energetických technologií, kde dějiny solární energie tvoří pouze podmnožinu. Tou druhou je skutečnost, že jsem komunikoval s řadou lidí, jejichž domovy a životy závisejí na difúzní energii ze Slunce, a kteří tedy disponují mnohem bezprostřednějším porozuměním dané věci, a všichni můj závěr pochopili a ilustrovali ho příklady z vlastní zkušenosti.

Když jsem tuto otázku zkoumal, narazil jsem ještě na několik dodatečných příkladů téhož rozlišení. Po větší část těch třiceti let, před nimiž jsem studoval přiměřenou technologii, bylo jedním ze standardních příkladů používaných profesory při vysvětlování termodynamických mezí obyčejné geotermální teplo. To vzniká tam, kde neexistuje žádné podzemní magma tak blízko zemskému povrchu, aby vznikaly gejzíry a možnost budování komerčních geotermálních elektráren; jde o mírné teplo, které vyzařuje zemskou kůrou z pláště ležícího mnoho kilometrů pod ním. Pokud jde o pouhou kvantitu geotermální energie, vypadá dost dobře, avšak ve větších vzdálenostech od opravdu horkých míst je tato energie velmi rozptýlená - a proto můžete velmi snadno prostřednictvím Carnotova zákona dokázat, že energie, kterou získáte čerpáním tepla na povrch a jeho využitím k pohonu tepelného motoru, bude nižší než energie, kterou potřebujete k pohonu čerpadel. Ale na druhé straně, pokud vše co chcete je rozptýlené teplo, jste na správném místě - a skutečně, umístění tepelného čerpadla do otvoru v zemi a jeho využití pro ohřívání a chlazení v domácnosti se v nedávných letech ukázalo být velmi účinnou technologií.

Totéž platí pro OTEC, další z myšlenek, jejichž čas vždy údajně nadchází, ale nikdy nepřijde. Zkratka označuje oceánskou tepelně energetickou konverzi (Oceanic Thermal Energy Conversion) a využívá rozdílu teplot mezi vodou v hloubce a u hladiny stejně, jako geotermální elektrárna rozdílu mezi horninou v hloubce jednoho kilometru a chladným povrchem planety. Můžete skutečně pohánět tepelný motor systémem OTEC, jenže zhruba 2/3 vyrobené energie spotřebujete na pohon čerpadel. To znamená, že čistý energetický zisk činí nějakých 0,33, a to ještě před tím, než započtete energetické náklady zařízení; v ekonomickém vyjádření to znamená, že buď žijete z vládních grantů, nebo zkrachujete. Na druhé straně existuje přinejmenším jedno místo v Pacifiku, které využívá OTEC k mnohem jednoduššímu úkolu v podobě klimatizace. Opět platí, že pokud vše co potřebujete je uvolnit difúzní teplo, zdroj difúzní energie je k tomu více než přiměřený; pokud ale potřebujete vykonat něco složitějšího, můžete mít problém.

Podívejme se blíže na to, proč se to děje. Klíčovou myšlenku, kterou je zde nutno pochopit, představuje teze pevně spojená s termodynamickými zákony, podle níž změna energie z jedné formy v jinou je ve většině případů vysoce neúčinná. To je to co dělá spalovací motor; mění termální energii - čili teplo - v energii mechanickou - ve většině případů jde o velmi rychle se točící hřídel, který připojíte k něčemu jinému, jako třeba k hnacímu ústrojí, lodnímu šroubu nebo generátoru. Z celkové energie uvolněné spalováním benzínu v průměrném automobilovém motoru, který představuje formu tepelného motoru, se jí asi 25% přemění v mechanickou energii na hřídeli; zbytek je ztracen ve formě rozptýleného tepla. Pokud jste šikovní a pečliví, můžete získat tepený motor dosahující účinnosti přes 50%; moderní elektrárna s kombinovaným cyklem pracující při maximální účinnosti může dosáhnout 60%, ale to je zhruba maximum toho, co fyzika dovolí.

Většina ostatních způsobů přeměny jedné formy energie v jinou není účinnější, a mnohé jsou mnohem méně účinné než tepelné motory. (Proto jsou tepelné motory v moderní technice tak rozsáhle využívány; i když jsou neúčinné, je to pořád lepší než většina alternativ.) Důvod, proč se o účinnost nikdo příliš nestará, spočívá v tom, že využíváme fosilních paliv, a ty obsahují tolik potenciálního tepla v tak koncentrované formě, že malá účinnost nepředstavuje problém. 75% potenciální energie obsažené v benzínu, který načepujete do nádrže auta, se změní v odpadní teplo unikající chladičem, ale nemusíte mít obavy; zůstane ještě více než dost na to, abyste zmizeli v dáli.

Nicméně v případě alternativních zdrojů se o tyto věci starat musíte. Právě proto tolik záleží na rozlišení mezi difúzní a koncentrovanou energií; nejen určité technologie, ale celé třídy technologií, na nichž moderní průmyslový svět závisí, mají v sobě zabudovány tak masivní neefektivity, že rozptýlené energetické zdroje je nemohou pohánět. Pokud ztratíte 75% energie obsažené v litru benzínu přeměnou v odpadní teplo, můžete pokrčit rameny a načerpat do nádrže další palivo; pokud ztratíte 75% energie ze solárního kolektoru, možná jste se dostali do bodu, kdy zařízení již nevykoná dostatečnou práci na to, aby se vyplatilo investovat peníze a energii do jeho výroby a údržby. Jediný druh energie, ve který můžete ostatní druhy měnit s vysokou účinností - někdy se blíží až 100% - představuje poměrně rozptýlené teplo. Proto využití slunečního záření k ohřevu vody, vzduchu, potravy atd. patří k těm nejvhodnějším věcem, k nimž můžete tuto energii využít, a právě proto pokud začínáte s difúzním teplem, je obecně nejvhodnější použít energii právě v této formě.

To nakonec znamená, že rozdíl mezi průmyslovou civilizací a tím, co nazýváme civilizací ekotechnickou, nespočívá prostě v tom, že použijeme jiný energetický zdroj namísto ropy nebo jiných fosilních paliv. Nejde dokonce ani o zmenšení existujících technologií tak, aby se vešly do skromnějšího energetického rozpočtu. Jde o to znova promyslet celkový přístup k technologii a začít uznáním skutečnosti, že velmi skromná nabídka zdrojů koncentrované energie, kterou můžeme očekávat po konci věku fosilních paliv, by měla být rezervována pro ty úkoly, které dosud musejí být vykonány a nelze je vykonat jiným způsobem než právě takto, a naopak cokoliv, co lze vykonat s pomocí zdrojů difúzní energie, je třeba vykonat s nimi, aby to vůbec bylo vykonáno.

Jinak řečeno, společnost využívající zdrojů difúzní energie nebude využívat stejnou technologii jako společnost spotřebovávající koncentrované zdroje, a pokusy pohánět většinu existujících technologií difúzními obnovitelnými zdroji představují spíše rozptýlení než užitečná řešení. Při přechodu od dnešní technologie, v níž dominuje koncentrovaná energie, k zítřejší technologii, jíž bude dominovat difúzní teplo, bude třeba také zavrhnout některé z nejzákladnějších předpokladů současného ekonomického myšlení - a v tomto smyslu i současného života. Jedno z těchto přesvědčení probereme příště.

Celý článek v angličtině: ZDE